بهینه سازی جریان هوا در برج خنک کننده

یکی از موثرترین مسائل در عملکرد بهینه برج خنک کننده، نحوه تزریق هوا به آب در حال گردش در سیستم خنک کننده یا به عبارت دیگر، بهینه سازی جریان هوا در برج خنک کننده است. آب در تبادل گرمایی با هوا می باشد که این امر باعث خنک شدن آن می شود. پس تامین هوای خنک کافی برای کولینگ تاور از مهمترین موضوعاتی است که در طراحی برج های خنک کن باید در نظر گرفته شود. در این مقاله از سایت کارا فناور اطلس پارسی قصد داریم تا به بررسی موضوع بهینه سازی گردش هوا در برج های خنک کننده و تاثیر آن در عملکرد نهایی بپردازیم.

انواع جریان هوای داخل برج خنک کننده

جریان هوای درون برج‌ های خنک کننده به دو دسته جریان مخالف و جریان متقاطع تامین می شود. بر این اساس برج های خنک کننده نیز به دو طبقه کلی تقسیم بندی می شوند:

• برج خنک کننده جریان مخالف (COUNTER FLOW COOLING TOWER)
• برج خنک کننده جریان متقاطع (CROSS FLOW COOLING TOWER)

جریان هوا در برج های خنک کننده جریان مخالف (Counter Flow)

جریان هوا در برج خنک کن جریان مخالف به این صورت است که ابتدا از پایین برج خنک کننده هوا پس از عبور از دریچه ورودی (Louver) توسط جریان القایی فن برج خنک کننده به صورت جریان مخالف نسبت به ریزش آب از پکینگ ها در برج خنک کننده مدار باز و از لوله های کویل در برج خنک کننده مدار بسته عبور می کند، سپس از قطره گیرها عبور کرده و از طریق گذر از فن کولینگ تاور از دستگاه خارج می شود.

در برج های خنک کننده جریان متقاطع (Cross Flow) هوا از طریق دریچه های نصب شده در دیواره های کناری برج خنک کننده با زاویه 90 درجه نسبت به ریزش آب در پکینگ ها  وارد برج خنک کننده می شود و باعث خنک شدن آب می شود.

جریان هوا در برج های خنک کننده جریان متقاطع (CROSS FLOW)

در برج های خنک کننده جریان متقاطع، آب از بالای برج به پایین ریزش می کند و هوا نیز از کناره ها بصورت افقی وارد برج می شود که این برخورد آب با هوا در برج خنک کننده به صورت متقاطع انجام می شود. سیستم توزیع آب در برج های جریان متقاطع با کمک گرانش زمین انجام می شود که با حذف سیستم مکانیکال، امکان خرابی هم از بین می رود.

از طرفی در سیستم های جریان متقاطع سطح بیشتری از آب با هوا در تبادل حرارتی است و به همین دلیل راندمان این مدل برج ها نیز بالاتر است. به دلیل برخورد قطرات آب و هوا به صورت افقی، موضوع دریفت یا پرتاب آب به خارج از برج وجود نخواهد داشت و به همین دلیل پرت آب کمتری داریم.

برج خنک کننده جریان متقاطع مانند برج مدل جریان مخالف، دارای 4 دریچه برای ورود هوا نداشته و فقط از دو طرف دستگاه ورود هوا انجام می شود که البته ارتفاع دریچه (لوورها) تقریبا برابر با ارتفاع خود کولینگ تاور می باشد.

عوامل ایجاد جریان هوای عبوری بهتر در برج خنک کننده

• ابعاد دریچه هوا یا Louver

ابعاد دریچه یکی از عامل های مهم در جریان هوا در برج خنک کننده می باشد. سرعت هوای عبوری از دریچه ها هر چقدر بالاتر باشد افت هوای عبوری بالاتر می رود و از طرفی نیاز به فن بزرگتر و الکتروموتور قوی تر پیدا می کند.

به همین دلیل باید سطح دریچه ها به صورتی باشد که سرعت هوای عبوری از دریچه ها کاهش یابد تا افت هوا کمتر شود به همین علت سطح لوور یا دریچه های برج خنک کننده از عوامل بسیار مهم در بهینه سازی جریان هوا در برج خنک کننده می باشد. سرعت عبوری هوا از دریچه ها باید از سرعت هوای عبوری از سطح پکینگ ها کمتر باشد.

• سطح پکینگ و ارتفاع پکینگ ها

یکی از عوامل ایجاد افت هوای زیاد در برج خنک کننده سطح پکینگ ها و ارتفاع پکینگ ها می باشد. هر چه قدر ارتفاع پکینگ ها بیشتر باشد افت هوای عبوری از پکینگ ها بیشتر می شود و در این صورت نیاز به فن بزرگتر و الکتروموتور قوی تری نیاز می شود از طرفی ارتفاع پکینگ ها تاثیر مستقیمی در انتقال حرارت بهتر و بازده برج بالاتری را دارد.

سطح پکینگ ها مانند ارتفاع پکینگ ها تاثیر مستقیمی در افزایش راندمان برج خنک کننده دارد و هر چقدر سطح افزایش یابد انتقال حرارت بهتر و افت هوای کمتری در جریان هوا در برج خنک کننده دارد همچنین باعث کاهش سرعت عبوری از پکینگ ها می شود.

اما باید در نظر داشت که هر چه قدر سرعت کم شود تا مقدار  معینی شرایط بهتر می شود و از یک سرعت بخصوص باعث کاهش انتقال حرارت می شود و اگر سرعت هم بسیار زیاد شود باعث ایجاد سر و صدای بیشتر جریان هوا می شود و انتقال حرارت کاهش می یابد.

این نکته هم باید در نظر گرفته شود که هر چقدر گام در پکینگ های فیلم کمتر باشد انتقال حرارت بهتر و رسوب بیشتری ایجاد می شود چون سطح انتقال حرارت بیشتر می شود و هرچه قدر گام پکینگ های فیلم بیشتر شود رسوب و انتقال حرارت کمتری ایجاد می شود. به همین دلیل برج های خنک کننده با پکینگ هایی با گام بالاتر نیاز به برج بزرگتری می باشد.

جریان هوا در برج های متقاطع به این دلیل که از یک لایه پکینگ عبور می کند افت فشار هوای کمتری را ایجاد می کند و همچنین به این علت که پکینگ ها در اطراف بدنه برج می باشند پرتاب آب کمتری به بیرون از برج خنک کننده دارند.

• قطره گیر

قطره گیر ها که به دو صورت تیغه ایی و لانه زنبوری می باشد جهت جلوگیری از پرتاب آب به بیرون توسط فن برج خنک کننده می باشد. اما قطره گیرها دارای افت هوا در سرعت های مختلف هوا می باشند و هر چه قدر سطح قطره گیر کمتر باشدT افت هوا  بیشتر می شود و نیاز به فن و الکتروموتور قوی تری می باشد.

قطره گیرها عامل بسیار مهمی در کاهش مصرف آب می باشند. قطره گیرهای لانه زنبوری آلمانی شرکت 2H با نام تجاری TEP130 و قطره گیرهای تیغه ایی از همین شرکت با نام تجاری TAP160 شناخته می شوند.

• دیفیوزر فن برج خنک کننده

دیفیوزر فن برج خنک کننده عامل بسیار مهمی در سرعت بیشتر هوای خروجی و کاهش صدای فن می باشد. هر چقدر ارتفاع دیفیوزر بیشتر باشد باعث می شود که صدای فن برج کمتر شود البته ارتفاع بیشتر باعث سرعت بیشتر می شود که این سرعت بیشتر از یک مقداری مناسب نمی باشد.

همچنین در محل هایی که سرعت باد زیاد می باشد می توان از دیفیوزر L مانند استفاده کرد که جریان هوای خروجی از دیفیوزر هم راستا با جریان های بادی هوا باشد و دیگر به صورت متقاطع جریان خروجی از برج خنک کننده با جریان باد نباشد.

تجزیه و تحلیل بهینه سازی جریان هوا در برج خنک کننده نشان می دهد که این نوع دیفیوزر ها در محل های باد خیز سبب افزایش زیاد راندمان نسبت به موقعی که دیفیوزر معمولی باشد، دارد.

• RPM پروانه فن

RPM فن باید به گونه ایی باشد که سرعت نوک پره از یک مقدار مشخص بیشتر نشود. همین عاملی است که در برج های خنک کننده با طول پره کمتر امکان استفاده از کوپل مستقیم الکتروموتور و پروانه فن می باشد اما هر چقدر که قطر پروانه بیشتر می شود RPM فن کاهش می یابد که هم باعث کاهش لرزش فن و هم باعث کاهش سرعت در نوک پره می باشد.

سرعت نوک پره از طریق فرمول ذیل محاسبه می شود:

در فرمول بالا

V = سرعت در نوک پره فن می باشد.

r = شعاع پره از مرکز تا نوک پره

ω= سرعت دورانی با واحد RPM

• انتخاب فن مناسب

انتخاب فن با دو پارامتر دبی هوای عبوری و مقدار افت هوای محاسبه شده در برج خنک کننده مشخص می شود. تعداد بلیدها یا پره های فن نیز با خستگی پره های فن رابطه دارد، هرچه قدر بلیدهای فن بیشتر باشد خستگی بلیدها کاهش می یابد.

بررسی بهینه سازی جریان هوا در برج خنک کن نشان می دهد زاویه و جهت چرخش پره های فن برج خنک کننده نیز با دبی هوا رابطه دارد و باید در هنگام راه اندازی برج خنک کننده برای تنظیم دبی هوا زاویه پره ها نیز تنظیم گردد.

باید برای دبی هوا و افت فشار هوا یک قدرت مناسب برای الکتروموتور انتخاب گردد. هر چه قدر الکتروموتور با قدرت بالاتری انتخاب شود باعث سوختن الکتروموتور می شود و هر چه قدر الکتروموتور ضعیف تر انتخاب شود، باعث افزایش بیش از حد الکتروموتور و سوختن الکتروموتور می شود؛ پس نیاز است که قدرت الکتروموتور به صورت دقیق مشخص شود.

• درزها

اگر در بدنه برج خنک کننده درز وجود داشته باشد، باعث کاهش راندمان برج خنک کننده می شود. چون هوای جریان القایی بیشتر تمایل دارد از مسیری عبور کند که کمترین مقاومت را داشته باشد. پس درزگیری بدنه برج خنک کننده می تواند یکی از دلیل افزایش راندمان برج خنک کننده باشد.

• فاصله برج خنک کننده

یکی دیگر از عوامل بهینه سازی برج های خنک کننده باید جهت جلوگیری از تداخل کارکرد جریان های هوای خروجی از یکدیگر فاصله داشته باشند. همچنین اگر برج خنک کننده در مجاورت دیوار بلند مرتبه وجود دارد بهتر است از دیوار فاصله مشخصی داشته باشد تا دچار اختلال در عملکرد برج خنک کننده صورت نگیرد.

یک برج خنک کننده که دارای دو عدد فن می باشد پیشنهاد نمی گیرد چون عملکرد فن ها ممکن است متفاوت باشد و جریان هوا در درون برج را مختل کند و بر عملکرد برج نیز تاثیر بگذارد.

محاسبه قدرت الکتروموتور

جریان هوا در برج های هیبریدی

سرعت جریان هوای عبوری از کویل بدون فین و کویل فین دار برج های خنک کننده هیبریدی باید به گونه ای باشد که نه خیلی کم باشد که انتقال حرارتی صورت نگیرد و نه خیلی زیاد باشد که باعث ایجاد صدای زیاد هوا در هنگام عبور آن از بین فین های کویل شود.

نتیجه گیری

جریان عبوری و سرعت آن از هر قطعه از برج خنک کننده بسیار مهم می باشد. همانطور که گفته شد سرعت در لوور یا دریچه ورودی باید کمتر از سرعت عبوری از خروجی فن باشد تا افت فشار هوای دریچه های ورودی کم باشد.

همچنین دبی هوای فن باید با سطح پکینگ ها مناسب باشد تا سرعت هوای عبوری از پکینگ ها انتقال حرارت مناسب را ایجاد کند. در محاسبه انتخاب فن باید حتما دبی هوا و افت فشار کل هوا در درون برج خنک کننده مشخص باشد تا قدرت الکتروموتور قطر پروانه مشخص شود.

سرعت در نوک پره فن باید از یک مقدار مشخص بیشتر نشود تا نیروی دورانی باعث جدا شدن پره ها از هاب فن نشود و ایجاد خسارت نکند و همین طور باید تعداد بلیدها به گونه ایی باشد که باعث ایجاد خستگی نکند و به فن آسیب نزند.

افت های برج خنک کننده بیشتر مربوط به دریچه هوای ورودی و پکینگ ها یا کویل در برج خنک کننده مدار بسته و هیبریدی و قطره گیر می باشد و فن انتخاب شده باید این افت فشارها را بتواند تحمل کند.

نباید در برج خنک کننده درزی وجود داشته باشد و همچنین تجزیه و تحلیل بهینه سازی جریان هوا در کولینگ تاور نشان می دهد سقف برج خنک کننده باید مورب باشد به سمت دیفیوزر فن تا از ایجاد جریان های هوای برگشتی به برج خنک کننده جلوگیری شود. زاویه پره های برج خنک کننده باید مناسب باشد تا دبی هوای مناسب باشد و همچنین از آمپر کشیدن الکتروموتور جلوگیری کند.

شرکت کارا فناور اطلس پارسی (بادران تهویه صنعت)

تلفن تماس: ۰۲۱۲۶۷۰۹۹۱۸ / ۰۲۱۲۶۷۰۹۳۶۸ / ۰۲۱۲۲۶۴۵۸۹۰ / ۰۲۱۲۶۶۰۲۷۷۶

تماس فوری / واتس اپ: ۰۹۲۱۳۶۰۲۶۹۰

وب سایت رسمی: Badrantahvieh.net

ایمیل: badran.tahvieh@gmail.com

گروه تلگرام: Cooling tower

سوالات تکمیلی